地源热泵，空气源热泵，太阳能在特种水产养殖中的应用

地源热泵服务联盟近期举办地源热泵，空气源热泵，太阳能系统技术探讨会，有需要学习探讨的朋友可与我们联系。

摘要：

随着环保风暴的推进，环境治理紧锣密鼓的进行，受到影响的还有农业水产养殖等，特别是浙江省环保局发布了《浙江省2017年大气污染防治实施计划》，计划明确对燃煤锅炉的淘汰、工业企业的治理提出了相应的目标和计划。按照目标，2017年浙江省计划淘汰5248台燃煤小锅（窑）炉淘汰改造任务。同时规定，浙江全省禁止新建20蒸吨/小时以下的高污染燃料锅炉，禁止新建直接燃用非压缩成型生物质燃料锅炉。

 

用什么来替代传统的燃煤锅炉是摆在众多从业者的面前，事实上，地源热泵，空气源热泵，太阳能等新型能源近几年已经成功应用于农业种植，水产养殖，畜牧业养殖等领域。目前以水产养殖系统为例，太阳能集热辅以地源热泵（空气源热泵）系统足以替代传统的燃煤锅炉。目前存在的问题是前期投资没有燃煤锅炉灵活，造价偏高，但后期运行费用低，相信很快会得到从业者接受。

 

绪论：

 

传统的水产养殖完全根据自然气候条件来安排养殖，由于特种养殖中例如：湖州地区的罗氏沼虾育苗场，北方地区的南美白对虾生长对温度要求较高，使得对虾养殖在我国北方地区具有很大的时间局限性。例如青岛地区的南美白对虾养殖时间为6一10月份。采用半地下式塑料大棚对虾工厂化养殖模式⋯，青岛地区南美白对虾的养殖时间延长为4一l2月份。为实现对虾养殖的节能、清洁，太阳能集热辅以地源热泵或者空气源热泵系统在水产养殖中的应用，青岛市崂山区东海湾对虾养殖场采用半地下式塑料大棚和太阳能集热辅以空气源热泵系统相结合的方法进行南美白对虾养殖，取得了良好的效果。

 

利用锅炉(燃煤、燃油或用电) 产生的热水作为加热热源。这样的加热方法存在很多问题：燃煤锅炉虽然造价和运行费都比较低,但引起了严重的大气污染。燃油锅炉和电锅炉的运行费都比较高,不经济。一些养殖户,因锅炉运行费高,对环境危害大，急需寻找一条节能、经济的加热冷却方案,从而确保水产养殖业的健康发展。另外直接用电加热不仅运行费高,而且一次能源利用率低,造成能源的浪费,是不可取的。

 

用热泵冷热源时,有几种热泵可供选择,1) 空气源热泵机组,2) 地源热泵机组,空气源热泵机组存在体型较大,噪声较高,除霜技术尚需进一步完善等问题。由于气候特点,在空调和供暖领域,大量应用空气源热泵的地区是长江流域。空气源热泵作为北方养殖的冷热源时,严寒的冬季并不用,而是在三月份育苗时才开始应用,因此,应用的地区可大大增加。并且除霜和冬季供热量不够的问题不再是主要矛盾。地源热泵以地能(地下水、土壤或地表水) 进行冷热交换作为热泵的冷热源,冬季把地能中的热量”取”出来,此时地能为”热源”;夏季把控制区的热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,来达到制冷的目的。热泵作为海水养殖的冷热源时,地源热泵机组的吸热端(供热时) 或放热端(供冷时) 采用闭环水系统,由设于海水中的高强度的塑料管作为热交换器,向海水中放热或从海水中吸热。环路中充满热媒,通常是水或者抗结冰的水溶液,用泵来循环。由于是封闭的,热媒不与海水混合,所以热泵不受材料限制,并且对海水不造成任何污染。

 

热泵辅以太阳能的市场调研分析

以热泵辅以太阳能作为热源和冷源来完成集约化水产养殖的加热和冷却,其能源消耗低,符合目前我国能源、环保的基本政策。综合分析可知,热泵热泵辅以太阳能具有明显的优势,能满足冷却和加热的要求,达到一机两用,管理方便,运行费低。

热泵辅以太阳能作为热源和冷源来完成加热和冷却,是一种低能耗、无污染的加热冷却技术,不消耗地下水,符合目前我国能源、环保的基本政策和国民经济可持续发展的战略要求。能促进集约化养殖的发展、减少地下水的过度开采、保护地下水资源,是替代燃煤、燃油和电锅炉的最佳方案,其经济效益和社会效益非常显著。

 

 

空气源热泵

  空气源热泵又称热泵热水器，由热泵吸收空气热源制取热水，节能效率是电热水器的4倍以上，比太阳能热水器还要节能，是目前世界上最为先进的节能环保热水系统。

工作原理：

一台完整的空气能热泵包含2个主要部分：

　　制造冷气部分和加热热水部分。但其实这两个部分又是紧密的联系在一起的，密不可分，必须同时工作。即在加热热水的同时，给厨房制冷。或者说在给厨房制冷的同时也在加热热水。

　　其内部结构主要由四个核心部件：压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。

　　其工作流程是这样的：压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流经缠绕在水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气排进厨房。随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。

　　由以上的工作原理可以看出，空气能热泵的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。整个过程是一种能量转移个过程（从空气中用转移到水中），不是能量转换的过程，没有通过电加热元件加热热水，或者燃烧可燃气体加热热水。

总之不管是任何空调，都遵循能量守恒原理：能量（冷热）交换的过程，是把室内的热量交换到外面如果是风冷机就把热量交换到大气中，大部分空调就是这样工作的一定程度上导致局部气温上升，而这里指的空气能热泵把释放的能量送到水箱里交换热量。制热就反过来。冷媒的循环：气态-->液态--->气态，气态在压缩机压力下变成液态过程要产生热量，热量排出后液态冷媒变冷了流到室内交换管道与室内空气交换变成冷气，此时变成了气态冷媒。 

空气源热泵系统优势

1、高效节能：集热效率高，运行成本低。

2、绿色环保：高新科技的结晶，代表未来发展方向。

3、安全节约：无后顾之忧，初装费低。

4、四季制热：阴雨天或寒冷冬季，均能全天候合成高温热源。

 

平板太阳能集热器

平板太阳能是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。平板型太阳能是太阳能集热器中的一种类型。是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。在加接循环管道，保温水箱后，即成为能吸收太阳辐射热，使水温升高。

 

平板太阳能工作原理：  

平板太阳能的基本工作原理十分简单。概括地说，阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用，即为有用能量收益。与此同时，由于吸热体温度升高，通过透明盖板和外壳向环境散失热量，构成平板太阳的各种热损失。这就是平板太阳工作原理。

平板太阳能特点：

平板型太阳能结构简单，运行可靠，成本低廉，热流密度较低，即工质的温度也较低，安全可靠，与真空管太阳能集热器相比，它具有承压能力强，吸热面积大等特点，是太阳能与建筑一体结合最佳选择的集热器类型之。

 

地源热泵
地源热泵系统采取了特殊的换热方式，使它具有普通中央空调和锅炉不可比拟的优点：
一、 同时供暖制冷地源热泵系统可做到同时有的房间或区域制冷，有的房间或区域供暖，这对大型商业建筑尤其重要。采用传统中央空调系统只有使用造价极其昂贵的四管空调系统才能做到，地源热泵不需增加任何设备便可做到。 
二、 远程中央控制智能化 远程控制智能化软件可以利用中央计算机控制整个系统，能够随人流变化而自动调整地热泵制冷或供暖，实现节能最大化，运行费用最小化。还可设臵显示和打印设备，可存储、分析各种采暖、制冷、维修等经济及技术数据，促进系统运行最优化。
三、 送回风分区、新风独立地源热泵系统，采用送回风分区、新风独立系统，每个工作单元都有相对独立的送风途径，新风从室外采集，可有效降低室内致病菌群的含量，保证空气质量，大大降低交叉感染的机会。
四、 高效节能 与锅炉（电、燃料）供热系统相比，地源热泵系统的转换效率最高可达4.7 。而锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转换为热量供用户使用，因此它要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量，运行费用为各种采暖设备的30-70%。由于土壤的温度全年稳定在10℃—20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5—4.7，与传统的空气源热泵（家用窗式和分体式空调、中央式风冷热泵）相比，要高出40%以上，其运行费用仅为普通中央空调的50—60%。
五、 使用寿命长 家用空调设计寿命8年，燃气锅炉为10年；地源热泵机组为50年，循环和风管系统60年以上，地耦管路系统为70年，它比所有各种空调系统和采暖设备的寿命都要长。
六、 系统可靠性强 每台机组可独立供冷或供热，个别机组故障不影响整个系统的运行。机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。

  

总结

在水产养殖中,太阳能以热泵作为热源和冷源来完成加热和冷却,是一种低能耗、无污染的加热冷却技术,不消耗地下水,符合目前我国能源、环保的基本政策和国民经济可持续发展的战略要求。能促进集约化水产养殖的发展、减少地下水的过度开采、保护地下水资源,是替代燃煤、燃油和电锅炉的最佳方案,其经济效益和社会效益非常显著。不久将来实际工程中会得以大量推广应用。